Modelling marshaling yard processes using queueing theory

Abstract

Abate Sewagegn. Modelling the marshalling yard processes using queueing theory. Ostrava 2025. Dissertation. VSB-Technical University of Ostrava. Supervisor doc. Ing. Michal Dorda, Ph.D. Marshalling yard has been an essential part of freight rail transport operations by dispatching and organising loads based on their destination. However, due to the coupling and decoupling time consumption and capacity old yard results in longer dwelling time and delay in transportation. The dissertation investigates the modelling and performance of the marshalling yard process using queueing theory. The study implements analytical methodology by developing M/M/1/m, M/Ek,k-1/1/m, M/HypoK/1/m, Er/Es/1/m, and M/C2/1/m queuing models that incorporate service line failure. We employed analytical models, validated using CPN simulation models, to evaluate system performance. Based on the integrated models, key performance measures, including the expected number of customers in the service, queue, system, and failed service line, were calculated, and sensitivity analysis was tested. The output of models indicated that the marshalling yard can be effectively modelled. This research contributes to the scientific discipline by extending classical queuing models to capture multi-phase dynamics and sensitivity effects, and by providing practical guidance for optimising yard operations. The study also identifies directions for future research, including the exploration of more complex phase-type distributions and real-time optimisation.

Abate Sewagegn. Modelování procesů v seřaďovacích stanicích na bázi teorie hromadné obsluhy. Ostrava 2025. VŠB – Technická univerzita Ostrava. Školitel doc. Ing. Michal Dorda, Ph.D. Seřaďovací stanice představují důležitý prvek pro operace v železniční nákladní dopravě sloužící pro organizaci zátěže. Z důvodu časově náročných procesů rozřaďování a sestavy vlaků a omezené kapacity těchto stanic dochází k prodlužování pobytů a dodacích lhůt. Disertační práce představuje analytický přístup, kdy jsou představeny M/M/1/m, M/Ek,k-1/1/m, M/HypoK/1/m, Er/Es/1/m, a M/C2/1/m modely hromadné obsluhy, ve kterých je uvažována možnost poruchy obslužné linky. Analytické modely jsou doplněny simulací s využitím barevných Petriho sítí za účelem stanovení výkonu obslužného systému. Na základě v práci popsaných modelů je možno stanovit klíčové provozní charakteristiky obslužného systému jako je střední počet požadavků v obsluze, ve frontě a systému a střední počet obslužných linek v poruše včetně možnosti realizace citlivostní analýzy. Výstupy práce ukazují že provoz v seřaďovacích stanicích může být efektivně modelován. Výzkum přispívá k rozvoji vědního oboru rozšířením klasických modelů systémů hromadné obsluhy o vícefázovou dynamiku a ověření citlivosti provozních charakteristik na změnu vstupních veličin. Z pohledu dopadu na praxi dále práce nabízí poznatky pro optimalizaci procesu v seřaďovacích stanicích. Práce dále identifikuje směry pro další rozvoj problematiky, což může zahrnovat využití komplexnějších fázových rozdělení pravděpodobnosti a optimalizaci v reálném čase.